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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 BCAA와 BCAA 산화시 a-ketoglutarate 고갈을 억제하기 위해 OKG와 알부민(albumin)을 가중 투여하여 장시간 운동 시 혈중 에너지 대사신-물(글루코스, 유리지방산, 암모니아)과 BCAA 산화와 관련된 호르몬(성장호르몬, 인슐린, 코티솔, T3, L)에 미치는 영향을 규명하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- BCAA (leucine 50%, isoleucine 25%, valine 25%)는 역삼 투수 300 ml에 용해시킨 후, 공복상태에서 운동 1시간 전체 중 kg당 78 mg의 양(78 mg/kg)을 섭취하도록 하였으며, OKG (ornithine 64%, a-ketoglutarate 36%) 역시 역삼투수 300 ml에 용해시킨 다음, 같은 방법으로 섭취하였다. 알부민은 알부민 20%로 구성된 주사액으로 실험 2시간 전 각 피험자에게 정맥주사를 통해 투여하였고(1 ml/kg), 약 60분에서 90분 정도의 투여시간을 마친 후 1시간 정도의 휴식을 취한 후 테스트에 참가하였다.
- Spectrophotometer (CL-750)를 사용하여 bethelot 반응을알아보는 방법으로 분석하였다. 먼저, 혈중 암모니아를 생성할 수 있는 효소의 활성을 소실시키는 제단백 용액 2 ml 에 혈액 1 M 섞어서 원심 분리한 후, 상층액을 분리하였다.
- 주면서 배양을 시켰다. 그런 다음, 내용물을 뽑아내어 0.9% NaCI 용액 1 ul로 2번 침전시켜 방사능 측정을 하였다.
- 원심 분리하였다. 그리고 0.5 M 추출된 혈청에 증류수와 STD 용액을 각각 50 ul 넣고, SICDIA NEFAZYME 검사 시약을 혼합한 후, 5분간 찬물에 보관한 뒤, 생화학 분석 기 (Hitachi社(口), Hitachi 7150)를 이용하여 측정하였다.
- 먼저, 혈중 암모니아를 생성할 수 있는 효소의 활성을 소실시키는 제단백 용액 2 ml 에 혈액 1 M 섞어서 원심 분리한 후, 상층액을 분리하였다.그리고 phenol 4%, nitroprusside 염 0.015%와 KOH 4.1%를 첨가하여 알칼리성으로 만든 다음, 탄산칼륨 28%와 염소산 칼륨 3%가 함유되어 있는 시약을 사용하여 발색시킨 후, 파장 630 nm에서 측정하였다.
- 네 가지 실험조건 모두 안정 시, 운동 45분-, 운동종료 시, 회복 30분 등 개인당 총 16회의 채혈을 하였으며 각 시기마다 21 gage needle을 이용하여 주전정맥(antecubital vein)에서 채혈하였다.
- 실험은 통제, BCAA, BCAA+OKG, 그리고 BCAA+albu- min 투여 등 총 네 가지 실험조건으로 구성되었으며, 각 실험조건에 적용한 채혈시기 및 운동 형태, 운동 강도와 시간은 동일하였고, 각 실험조건 사이의 일정간격을 충분히 두어 에너지 보충제와 운동 테스트로 인한 영향을 없애도록 하였다.
- ml에 용해시킨 다음, 같은 방법으로 섭취하였다. 알부민은 알부민 20%로 구성된 주사액으로 실험 2시간 전 각 피험자에게 정맥주사를 통해 투여하였고(1 ml/kg), 약 60분에서 90분 정도의 투여시간을 마친 후 1시간 정도의 휴식을 취한 후 테스트에 참가하였다.
- Bruce protocol로 실시하였다. 운동이 지속되는 동안 심박수측정기 (polar社(핀란드), S610)를 이용하여 5분마다 심박 수를 측정하였으며, Borg 15pts scale을 이용하여 피험자들의 운동자각도 측정을 병행하였다.
- 채취한 혈액을 3, 000 upm이에서 15분간 원심 분리하여, 상층 액을 건식생화학분석기 (Kodak社(美), EKTACJEM DT 6011)를 이용하여 분석하였다.
- 피험자의 심박수와 산소섭취량이 각각 70 bpm과 3.5 ml/kg/min 이하를 나타날 때를 기준으로 안정 시점을 잡았으며, 운동강도는 총 4회의 실험을 실시하는 동안 모두 V CMnax의 약 6Q%에 해당하는 5 mph의 속도와 3%의 경사도를 부과한 절대강도로 9이분간 달리기 운동을 실시하였다. 운동 45분경과 후 2차 채혈을 하였고, 90분간의 운동이 종료되는 즉시 3차 채혈을 하였으며, 회복 30분에 4차 채혈한 후 종료하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상자는 체육학 전공 남자 대학생 5명으로 하였다. 신체적 특성은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 본 연구에서 얻은 자료는 SPSS 통계 package (v. 11.0)를이용하여 기술통계량을 산출하였다.
- 에너지 기질과 호르몬 변화 형태 비교는 그룹, 시기를 독립변인으로 하는 4(그룹; 통제, BCAA, BCAA+OKG, BCAA+aIbumin)x4(시기; 안정, 운동 45분, 운동종료, 회복 30분) 요인설계하에 이루어졌으며, 이요인 분산분석법 (Two-way repeated ANOVA) 을 이용하여 분석하였고, Tukey의 사후 검증법으로 평균치를 검색하였다(p<.05).
이론/모형
- Competitive RIA method를 사용하여 동위원소 측정법으로 y -counter (DPC社(美), COBRA 5010 Quantum & COBRA 5010 n, Coat-a-Count growth hormone kit)를 이용하여 활성화를 분석하였다.
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최대산소섭취량
최대산소섭취량(GChmax)은 트레드밀(Quinton社(美), Q65) 과 가스분석기 (MedGraphics社(美), CPX system)를 이용하여 Bruce protocol로 실시하였다. 운동이 지속되는 동안 심박수측정기 (polar社(핀란드), S610)를 이용하여 5분마다 심박 수를 측정하였으며, Borg 15pts scale을 이용하여 피험자들의 운동자각도 측정을 병행하였다.
성능/효과
- 05), 그 다음으로 BCAA+OKG 투여군의 수치가 두 번째로 높게 나타났다. BCAA 투여군의 수치는 운동 45분과 운동종료 시 통제군 보다 낮게 나타났지만, 회복 30분에서는 통제군 보다 높게 나타났다(Table 2).
- 경향이 나타났다. 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았지만, 종료시 BCAA+OKG 투여군에서 가장 낮은 수치를 보였으며, BCAA+albumin 투여군이 가장 높은 수치를 보였다. 시기별로 비교했을 때, 운동 종료시 통제군, BCAA 투여군, BCAA+albumin 투여군에서 안정시와 유의한 차이를 보였다(p<.
- 낮은 농도를 보였다. 반면 모든 시기에서 BCAA +OKG 투여군과 BCAA+albumin 투여군이 통제군과 BCAA 투여군에 비해 높은 유리지방산 수치를 보였다. 이와 같이, 모든 시기에 걸쳐 통제 군에 비해 BCAA+OKG 투여군과 BCAA+albumin 투여군의 유리지방산 농도가 높게 나타난 것은 BCAA+OKG와 BCAA+albumin 섭취 시 혈중글루코스 농도가 다른 투여 군에 비해 낮게 나타난 결과와 관련지어 볼 수 있다.
- 그리고, 인슐린은 단백질과 관련하여 근육에서의 순 단백질 합성에 자극 효과를 가질 것으로 볼 수 있지만[2], 실제로 인슐린 효과는 근육 단백질 분해를 감소시키는데 있고[13], 근육 단백질 합성을 증가시키지는 않는 것으로 보고되고 있다!12]. 본 실험결고}, 인슐린은 운동이 진행됨에 따라 감소되는 현상을 보여 운동에너지 저장 보다는 이용 측면에서의 생리적 요구에 부응하기 위해 분비가 감소된 것으로 보인다. 하지만, 운동과 회복 중 투여조건에 따른 인슐린 농도의 일관된 변화 형태는 나타나지 않아, 아미노산 보충제 투여시 인슐린 분비가 촉진되며, 고인슐린분비혈증 (hyperinsulinemia)에서 근육의 단백질 합성과 BCAA 전달이 증가되는 것으로 보고한 Biolo 등[3]의 선행연구와 유사한 점을 찾을 수 없었다.
- 또한, Wagenmaker[22]는 70% 최대산소섭취량으로 2 시간 운동시켰을 때, 암모니아의 농도가 13-180 uM 까지증가되었다고 보고하면서, 이러한 운동 강도에서 아미노산의 에너지 기여가 증가한다고 했다. 본 연구결과, BCAA+ OKG와 BCAA+albumin 투여조건에서 암모니아 농도는 통제 군과 BCAA 투여조건에 비해서 운동하는 동안 낮게 나타났는데, 이는 장시간 운동시 나타나는 BCAA의 산화적 특성을 원인으로 제시할 수 있다. 즉, 장시간 운동으로 글리코겐은 감소하고 BCAA의 산화가 증가하게 되면 BCAA가 산화되는 과정에서 이용하는 크렙스 회로 중간자인 a -ketoglutarate 농도는 감소하게 된다.
- 운동과 관련되어 성장호르몬은 저항성 운동 후 왕성하게 분비되몌9], 운동 후 음식물을 섭취하는 몇 시간 동안 성장호르몬 분비가 증가된다는 연구결과[5]로 운동형태와에너지 기질 섭취가 운동 후 성장호르몬 분비에 중요하게 작용한다고 볼 수 있다. 본 연구에서 성장호르몬 분비는 BCAA와 BCAA+OKG 투여군에서 운동과 회복 중 다른 투여조건에 비해 높은 수준으로 나타났다. 이러한 현상은 Chandler 등[5]의 연구에서 지적한 바와 같이, 운동과 식이에 따라 성장호르몬 분비는 영향을 받으며, BCAA와 OKG 가중투여로 운동이 진행됨에 따라 분해되는 단백질을 억제하고 단백질 합성을 위한 과정이 진행되었기 때문이라고 사료된다.
- 본연구결과 갑상선 호르몬의 변화는 운동에 의해 약간 상승한 형태를 보여주고 있지만, 통계적으로 의미 없는 수준이며, 투여조건에 따라서도 차이를 보여주지 않고 있어, 일회성 운동이나 단기간의 영양소 섭취에 의해 민감하게 반응하여 분비되는 요인이 아님을 알 수 있다.
- 유의한 차가 나타나지 않았다. 시 기별로 비교했을 때, 비투여군과 BCAA 투여군의 운동 45분과 종료시가 각각의 안정시와 유의한 차이를 보였다(p<.05) 혈중 T4의 농도는 안정시부터 운동 45분까지 감소하다가 종료시 증가하는 경향을 나타냈다. 운동시기별 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았으나, 종료시 BCAA+OKG 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다(Table 3).
- 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았지만, 종료시 BCAA 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다. 시기별로 비교했을 때, BCAA 투여군의 운동 45분과 종료시, 그리고 BCAA+albumin 투여군의 종료 시에서 각각의 안정시와 유의한 차이를 보였다(p<.05)(Table 3).
- 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았지만, 종료시 BCAA+OKG 투여군에서 가장 낮은 수치를 보였으며, BCAA+albumin 투여군이 가장 높은 수치를 보였다. 시기별로 비교했을 때, 운동 종료시 통제군, BCAA 투여군, BCAA+albumin 투여군에서 안정시와 유의한 차이를 보였다(p<.05)(TabIe 3).
- 에너지 동원 형태와 관련하여 살펴본 또 다른 에너지 기질인 유리지방산은 모든 시기에서 통제군에 비해 BCAA 투여군이 낮은 농도를 보였다. 반면 모든 시기에서 BCAA +OKG 투여군과 BCAA+albumin 투여군이 통제군과 BCAA 투여군에 비해 높은 유리지방산 수치를 보였다.
- 에너지 동원 형태와 관련하여 살펴본 에너지기질 중 하나인 혈중 글루코스는 네 가지 투여군 모두 운동 전에서 운동 45분까지 약간의 증가를 보이다가 종료시 약간 감소하는 경향을 보였으며 운동 전, 운동 45분, 종료시 모두 통제 군이 가장 높은 경향을 보였다. 이는 섭취한 BCAA와 OKG가 운동을 지속하는데 필요한 긍정적인 에너지원으로 이용된 것으로 보여진다.
- 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 안정시 BCAA 투여군이 가장 높았고, BCAA+albumin 투여군이 가장 낮았으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 운동 45분경과 후, ECAA 투여군이 가장 높게 나타났으며, BCAA+OKG 투여군과 BCAA+albumin 투여군 모두 통제군과 BCAA 투여군 사이에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<.05). 운동 종료 시에는 BCAA 투여군이 가장 높았고, BCAA+albumin투여군이 가장 낮았으나 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다.
- 05) 혈중 T4의 농도는 안정시부터 운동 45분까지 감소하다가 종료시 증가하는 경향을 나타냈다. 운동시기별 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았으나, 종료시 BCAA+OKG 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다(Table 3).
- 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 모든 시기에 BCAA+albumin 투여군의 혈중 유리지방산 농도가 가장 높게 나타났으며, 특히 회복 30분에는 통계적으로도 유의한 차이가 발견되었고(p<.05), 그 다음으로 BCAA+OKG 투여군의 수치가 두 번째로 높게 나타났다. BCAA 투여군의 수치는 운동 45분과 운동종료 시 통제군 보다 낮게 나타났지만, 회복 30분에서는 통제군 보다 높게 나타났다(Table 2).
- 나타내었다. 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 안정시 BCAA 투여군이 가장 높았고, BCAA+albumin 투여군이 가장 낮았으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 운동 45분경과 후, ECAA 투여군이 가장 높게 나타났으며, BCAA+OKG 투여군과 BCAA+albumin 투여군 모두 통제군과 BCAA 투여군 사이에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<.
- 감소하는 경향을 보였다. 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 운동 45분에는 군간의 차이가 거의 없었지만, 운동종료 시 BCAA+albumin 투여군의 수치가 가장 낮게 나타났으며, 회복 30분에도 BCAA+albumin 투여군이 가장 낮게 나타났다(Table 2).
- 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 종료시 BCAA와 BCAA+ albumin 투여군 간에 유의한 차가 나타났으며 (p<05), BCAA+OKG 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다<;Table 3>.
- 이상의 연구를 종합해보면, 장시간 운동시 BCAA 투여는 BCAA 산화시 발생되는 암모니아 등의 피로물질 축적에 의해 운동수행에 부정적 영향을 미칠 수도 있으나, 체내 글루코스가 소진되어가는 시점에서 유용한 에너지원으로 기여되어 운동수행에 도움이 될 수 있다고 보여진다. 또한, OKG나 알부민을 가중투여하면 크렙스 사이클의 중간물질로 또는 유리지방산 동원의 운반자로서 BCAA 단독 투여 시부 정적으로 나타난 원인을 해결하여 운동수행에 긍정적 영향을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
- 혈중 글루코스 농도는 네 가지 투여 군에서 모두 안정 시에서 운동45분까지 약간의 증가를 보이다가 운동45분 이후 점차 감소하는 경향을 보였다. 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 운동 45분에는 군간의 차이가 거의 없었지만, 운동종료 시 BCAA+albumin 투여군의 수치가 가장 낮게 나타났으며, 회복 30분에도 BCAA+albumin 투여군이 가장 낮게 나타났다(Table 2).
- 혈중 성장호르몬 농도의 변화는 네 가지 투여 군 모두 안정 시에서 운동 45분까지 증가하였으나, 운동 종료시에 통제 군과 BCAA+OKG 투여군은 계속 증가하고 BCAA 와 BCAA+albumin 투여군은 감소하는 경향을 보였다. 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 종료시 BCAA와 BCAA+ albumin 투여군 간에 유의한 차가 나타났으며 (p<05), BCAA+OKG 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다<Table 3>.
- 혈중 암모니아 농도는 네 가지 실험조건 모두 운동 수행과 더불어 증가하여 운동종료 시에 최고치를 보였으며, 회복에 따라 안정시 수준으로 감소하는 경향을 나타내었다. 운동시기별 군간의 차이를 비교한 결과, 안정시 BCAA 투여군이 가장 높았고, BCAA+albumin 투여군이 가장 낮았으나, 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
- 혈중 유리지방산은 네 가지 실험조건 모두 안정 시에서 운동 종료까지 증가하였으나, 회복 30분에 BCAA와 BCAA+ albumin 투여군은 계속 증가하고 통제군과 BCAA+OKG 투여군은 감소하는 경향을 보였다.
- 혈중 인슐린 농도의 변화는 BCAA+albumin 투여군을 제외하고 모두 안정시에서 종료시까지 감소하였으며, 회복 시증가하는 경향이 나타났다. 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았지만, 종료시 BCAA+OKG 투여군에서 가장 낮은 수치를 보였으며, BCAA+albumin 투여군이 가장 높은 수치를 보였다.
- 혈중 코티솔의 농도 변화는 모든 투여 군에서 안정 시에서 종료시까지 증가하다가 BCAA+albumin 투여군을 제외하고 감소하는 경향을 보였다. 군간에서는 유의한 차가 나타나지 않았지만, 종료시 BCAA 투여군에서 가장 높은 수치를 보였다.
후속연구
- 수 있다. 그러나, 에너지 동원 측면에서의 BCAA와 그 밖의 물질의 역할을 정확히 살펴보기 위해서 간 글리코겐 농도와 근육내 글리코겐의 분해정도, 그리고 근 글리코겐 고갈 후 산화되는 혈장의 BCAA 농도를 직접 측정한 더 많은 연구가 필요하다고 사료된다.
- 또한, OKG나 알부민을 가중투여하면 크렙스 사이클의 중간물질로 또는 유리지방산 동원의 운반자로서 BCAA 단독 투여 시부 정적으로 나타난 원인을 해결하여 운동수행에 긍정적 영향을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나, 운동과 BCAA, 그리고 내분비 체계와의 관계는 각 호르몬의 역할과 기능에 따라 도출되는 결론이 다를 수 있어, 앞으로 BCAA 대사와 관련된 효소반응 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 본다.
- 따라서, 본 연구에서는 BCAA, BCAA+OKG 그리고 BCAA+albumin 투여가 장시간의 운동시 에너지원으로 이용될 수 있으며 이는 운동 후반부에 일어나는 글리코겐의 고갈을 억제하여 운동수행력에 도움을 줄 수 있을 것이 라볼 수 있다. 그러나, 에너지 동원 측면에서의 BCAA와 그 밖의 물질의 역할을 정확히 살펴보기 위해서 간 글리코겐 농도와 근육내 글리코겐의 분해정도, 그리고 근 글리코겐 고갈 후 산화되는 혈장의 BCAA 농도를 직접 측정한 더 많은 연구가 필요하다고 사료된다.
- 또한, OKG나 알부민을 가중투여하면 크렙스 사이클의 중간물질로 또는 유리지방산 동원의 운반자로서 BCAA 단독 투여 시부 정적으로 나타난 원인을 해결하여 운동수행에 긍정적 영향을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나, 운동과 BCAA, 그리고 내분비 체계와의 관계는 각 호르몬의 역할과 기능에 따라 도출되는 결론이 다를 수 있어, 앞으로 BCAA 대사와 관련된 효소반응 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 본다.
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